Duerch Ultraschall gläichméisseg dispergéiert CNTen
Fir déi aussergewéinlech Funktionalitéite vu Kuelestoffnanoréier (CNTen) ze notzen, musse si homogen dispergéiert ginn.
Ultraschalldispergéierer sinn dat heefegst Instrument, fir CNTen a wässerlechen an op Léisungsmëttele baséierende Suspensiounen ze verdeelen.
D’Ultraschalldispergéierungstechnologie generéiert eng genuch héich Schéierenergie, fir eng komplett Trennung vun de CNTen z’erreechen, ouni se ze beschiedegen.
Ultraschalldispergéierung vu Kuelestoffnanoréier
Kuelestoffnanoréier (CNTen) hunn e ganz héicht Längt-Duerchmiesser-Verhältnis a weisen eng niddreg Dicht souwéi eng enorm Uewerfläch (e puer honnert m2/g) op, wat hinnen eenzegaarteg Eegenschafte wéi eng ganz héich Zuchfestegkeet, Steifegkeet an Zähegkeet an eng ganz héich elektresch an thermesch Leetfäegkeet gëtt. Wéinst de Van-der-Waals-Kräften, déi déi eenzel Kuelestoffnanoréier (CNTen) géigesäiteg unzéien, ordnen d’CNTen sech normalerweis a Bündelen oder Knäuel un. Dës intermolekular Unzéiungskräfte baséieren op engem Stapelungsphenomeen vun π-Bindungen tëscht benachbarten Nanoréier, deen als π-Stapelung bekannt ass. Fir de volle Virdeel aus Kuelestoffnanoréier ze zéien, mussen dës Agglomerater auserneegeholl ginn an d’CNTen an enger homogener Dispersioun gläichméisseg verdeelt ginn. Eng intensiv Ultraschallbehandlung erzeugt akustesch Kavitatioun a Flëssegkeeten. Déi dobäi entstoend lokal Schéierspannung brécht CNT-Aggregater op a verdeelt se gläichméisseg an enger homogener Suspensioun. D’Ultraschalldispergéierungstechnologie generéiert eng genuch héich Schéierenergie, fir eng komplett Trennung vun de CNTen z’erreechen, ouni se ze beschiedegen. Och bei de sensibele SWNTen gëtt d’Ultraschallbehandlung erfollegräich agesat, fir se eenzel auseneenzehuelen. D’Ultraschallbehandlung liwwert grad e genuch héije Spannungsniveau, fir d’SWNT-Aggregater ze trennen, ouni vill Broch un den eenzelen Nanoréier ze verursaachen (Huang, Terentjev 2012).
- Eenzel dispergéiert CNTen
- Homogen Verdeelung
- Héich Dispergéierungseffizienz
- Héich CNT-Gehälter
- Keng Degradatioun vun de CNTen
- Séier Veraarbechtung
- Prezise Prozesskontroll
UIP2000hdT – leeschtungsstaarken 2kW Ultraschallapparat fir CNT-Dispersiounen
Héichleeschtungsultraschallsystemer fir CNT-Dispersiounen
Hielscher Ultrasonics liwwert leeschtungsstaark an zouverlässeg Ultraschallapparater fir d’effizient Dispergéierung vu CNTen. Egal ob Dir kleng CNT-Prouwe fir Analysen a Fuerschung an Entwécklung virbereede musst oder grouss industriell Charge vun Dispersiounen a grousse Quantitéiten hierstelle musst, d’Produktpalette vun Hielscher bitt den idealen Ultraschallsystem fir Är Ufuerderungen. Vun 50W Ultraschallapparater fir de Labo bis zu 16kW industriellen Ultraschallunitéiten fir déi kommerziell Produktioun deckt Hielscher Ultrasonics Är Bedierfnesser of.
Fir héichwäerteg Kuelestoffnanoréierdispersiounen hierzestellen, mussen d’Prozessparametere gutt kontrolléiert ginn. Amplitüd, Temperatur, Drock a Verweilzäit sinn déi kriteschst Parametere fir eng gläichméisseg CNT-Verdeelung. D’Ultraschallapparater vun Hielscher erlaben net nëmmen déi prezis Kontroll vun all Parameter, mee all Prozessparametere ginn och automatesch op der integréierter SD-Kaart vun den digitalen Ultraschallsystemer vun Hielscher gespäichert. De Protokoll vun all Ultraschallbehandlung hëlleft, reproduzéierbar Resultater a gläichbleiwend Qualitéit ze garantéieren. Iwwer d’Fernsteierung am Browser kann de Benotzer den Ultraschallapparat bedreiwen an iwwerwaachen, ouni um Standuert vum Ultraschallsystem ze sinn.
Well eenwänneg Kuelestoffnanoréier (SWNTen) a méiwänneg Kuelestoffnanoréier (MWNTen) souwéi dat ausgewielt wässerlecht Medium oder Léisungsmëttelmedium spezifesch Veraarbechtungsintensitéiten erfuerderen, ass d’Ultraschallamplitüd e Schlësselfacteur fir d’Endprodukt. Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics kënne souwuel ganz héich wéi och ganz niddreg Amplitüde liwweren. Leet déi ideal Amplitüd fir Är Prozessufuerderunge fest. Och Amplitüde vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitüde si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel. D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht de 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
Eis Clientë si mat der aussergewéinlecher Robustheet an Zouverlässegkeet vun de Systemer vun Hielscher Ultrasonics zefridden. Den Asaz an Uwendunge mat héijer Belaaschtung, an usprochsvollen Ëmfeld an am 24/7-Betrib garantéiert eng effizient a wirtschaftlech Veraarbechtung. D’Prozessintensivéierung duerch Ultraschall reduzéiert d’Veraarbechtungszäit an erreecht besser Resultater, d. h. méi héich Qualitéit, méi héich Ausbezuelen an innovativ Produkter.
Déi follgend Tabell gëtt Iech eng Indikatioun vun der ongeféierer Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:
| Chargevolumen | Duerchfloss | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Verbund vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Leeschtungsstaark Ultraschallprozessoren vum Labo iwwer de Pilotmoossstaf bis zum industrielle Moossstaf.
Literatur / Referenzen
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Wëssenswäertes
Wat si Kuelestoffnanoréier
Kuelestoffnanoréier (CNTen) gehéieren zu enger spezieller Klass vun eendimensionale Kuelestoffmaterialien, déi aussergewéinlech mechanesch, elektresch, thermesch an optesch Eegenschaften opweisen. Si sinn e wichtege Bestanddeel, dee bei der Entwécklung an der Produktioun vu fortschrëttlechen Nanomaterialie wéi Nanokompositten, verstäerkte Polymeren asw. agesat gëtt, a ginn dofir an de modernsten Technologië benotzt. CNTen hunn eng ganz héich Zuchfestegkeet, iwwerleeën Eegenschafte fir d’Wärmeiwwerdroung, kleng Bandlücken an eng optimal cheemesch a physikalesch Stabilitéit, wat Nanoréier zu engem villverspriechenden Zousazstoff fir vill verschidde Materialie mécht.
Jee no hirer Struktur ginn CNTS an eenwänneg Kuelestoffnanoréier (SWNTen), duebelwänneg Kuelestoffnanoréier (DWCNTen) a méiwänneg Kuelestoffnanoréier (MWNTen) ënnerdeelt.
SWNTe sinn huel, laang zylindresch Réier aus enger Kuelestoffwand, déi een Atom déck ass. Déi atomar Kuelestoffschicht ass an engem Hunnegwabegitter ugeluecht. Dacks gi si an der Virstellung mat opgerullte Blieder aus eenzelne Schichte vu Grafitt oder Graphen verglach.
DWCNTen bestinn aus zwee eenwännegen Nanoréier, vun deenen een an deem anere stécht.
MWNTe sinn eng CNT-Form, bei där méi eenwänneg Kuelestoffnanoréier anenee gestach sinn. Well hiren Duerchmiesser tëscht 3–30 nm läit a si e puer cm laang kënne ginn, kann hiert Längt-Duerchmiesser-Verhältnis tëscht 10 an zéng Millioune variéieren. Am Verglach mat Kuelestoffnanofaseren hunn MWNTen eng aner Wandstruktur, e méi klengen äusseren Duerchmiesser an en huelen Interieur. Heefeg benotzt, industriell disponibel Zorte vu MWNTe sinn z. B. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 a FutureCarbon CNT-MW.
Synthes vu CNTen: CNTe kënne mat enger plasmabaséierter Synthesmethod oder enger Verdampfungsmethod duerch Bouentluedung, enger Laserablatiounsmethod, engem thermesche Synthesprozess, cheemescher Gasphasenofscheedung (CVD) oder plasmaverstäerkter cheemescher Gasphasenofscheedung hiergestallt ginn.
Funktionaliséierung vu CNTen: Fir d’Eegenschafte vu Kuelestoffnanoréier ze verbesseren an se domat méi gëeegent fir eng spezifesch Uwendung ze maachen, gi CNTen dacks funktionaliséiert, z. B. duerch d’Bäifüge vu Carbonsaiergruppen (-COOH) oder Hydroxylgruppen (-OH).
Zousazstoffer fir d’Dispergéierung vu CNTen
E puer Léisungsmëttel wéi Supersaieren, ionesch Flëssegkeeten an N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone erméiglechen d’Hierstellung vu relativ héich konzentréierte CNT-Dispersiounen, wärend déi heefegst Léisungsmëttel fir Nanoréier, wéi N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Dimethylformamid (DMF) an 1,2-dichrolobenzene, Nanoréier nëmme bei ganz niddrege Konzentratiounen dispergéiere kënnen (z. B. typescherweis <0,02 wt% vun eenwännege CNTen). Déi heefegst Dispergéiermëttele si Polyvinylpyrrolidon (PVP), Natriumdodecylbenzensulfonat (SDBS), Triton 100 oder Natriumdodecylsulfonat (SDS).
Kresole sinn eng Grupp vun industrielle Chemikalien, déi CNTe bei Konzentratioune vu bis zu e puer Zéng Gewiichtsprozent veraarbechte kënnen. Mat zouhuelendem CNT-Gehalt féiert dat zu engem kontinuéierlechen Iwwergang vu verdënnten Dispersiounen iwwer déck Pasten a fräistoend Geler bis zu engem bis dohin nach net erreechten, knietmassähnlechen Zoustand. Dës Zoustänn weisen polymeränlech rheologesch a viskoelastesch Eegenschaften op, déi mat aneren übleche Léisungsmëttelen net erreechbar sinn, wat drop hiweist, datt d’Nanoréier a Kresolen tatsächlech desaggregéiert a fein dispergéiert sinn. Kresole kënnen no der Veraarbechtung duerch Erhëtzen oder Wäschen ewechgeholl ginn, ouni d’Uewerfläch vun de CNTen ze veränneren. [Chiou et al. 2018]
Uwendunge vu CNT-Dispersiounen
Fir d’Virdeeler vun de CNTen ze notzen, musse si an enger Flëssegkeet wéi engem Polymer dispergéiert ginn. Gläichméisseg dispergéiert CNTe gi fir d’Hierstellung vu leetfäege Konschtstoffer, Flëssegkristallbildschiermer, organesche Liichtdioden, Touchscreens, flexibele Bildschiermer, Solarzellen, leetfäegen Tënten, Materialie fir d’Kontroll vu statescher Opluedung, dorënner Folien, Schaim, Faseren an Textilien, Polymerbeschichtungen a Pechstoffer, Héichleeschtungspolymerkompositte mat aussergewéinlecher mechanescher Festegkeet an Zähegkeet, Polymer/CNT-Kompositfaseren souwéi liichten an antistatesche Materialie benotzt.
Wéi eng Forme vu Kuelestoff gëtt et?
Kuelestoff kënnt a verschiddenen allotrope Forme vir, dorënner:
- Kristallin Formen: Diamant, Grafitt, Graphen, Kuelestoffnanoréier (CNTen), Fullerenen (z. B. C₆₀).
- Amorph Formen: Holzkuel, Rouscht, Industrierouscht, glasaartege Kuelestoff, diamantänleche Kuelestoff (DLC), eenschichtegen amorphe Kuelestoff (MAC).
- Hybrid Nanostrukturen: Nanodiamanten, Kuelestoffzwiwwelen, Kuelestoffaerogeler a Kompositte wéi Nanokuelestoff-Metall-Hybriden.
All Form weist spezifesch physikocheemesch Eegenschaften op, déi fir Uwendungen an der Materialwëssenschaft, der Elektronik an der Energiespäicherung relevant sinn.